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水处理基本知识 纯水制备的辅助工艺

水处理基本知识 纯水制备的辅助工艺

辅助工艺（设备）：结合前处理（预处理）工艺，核心工艺，组成完整的（超）纯水制备工艺。主要是为了确保设备的稳定运行，延长核心耗材的使用周期。辅助工艺主要有加药工艺(pH调节，阻垢剂添加，树脂再生加盐），杀菌工艺（紫外线杀菌，臭氧杀菌，巴氏杀菌等），氮封（水箱）工艺，末端过滤（微米级精滤）工艺等。

       一、pH调节：通过向水中添加化学药剂酸或者碱，使水溶液的酸碱度达到预期的值。

一般纯水设备的进水水质pH为7.0-8.0，在实际纯水制备，特别是超纯水制备过程中，经过一级反渗透设备的出水的ph会有1～2个值的下降，从而使后端二级反渗透/EDI设备运行效率降低，出水水质不稳定。纯水设备的反渗透膜在pH=7.5-7.8时脱盐率最高。EDI的pH需求为6-9，最佳工作pH为7-8。纯水设备的pH调节一般是加碱（氢氧化钠）来提高pH值，使用专用的加药装置设备即可。

主要原因是封闭水环境下有一个碳酸盐平衡关系，其中CO2 、HCO3- 和CO32- 的相对含量是随 pH 值的变化而变化的，低pH值（≤4）条件下，CO2占主要部份，在中等 pH 值范围内，主要为HCO3- ，高 pH 值（≥8）范围内，主要为 CO32- 。

由于反渗透膜能脱除溶解性的离子但不能脱除溶解性的气体，所以反渗透系统出水中的CO2含量与进水中CO2的含量基本相同，但是HCO3-和CO32-通常会减少90%以上，这样就会打破进水中CO2、HCO3-和CO32-之间的碳酸盐平衡，在系列反应中，CO2 将与H2O 结合发生如下反应平衡的转移，直到建立新的平衡。反应过程如下：

HCO3-+ H+ <—> CO2 + H2O

CO2就会透过反渗透膜到达产水侧后会重新在水中转化为HCO3-，使产水电导率升高，因此反渗透膜在低pH值条件下运行时表现出的脱盐率不高。

所以如果进水中含有CO2 ，则反渗透系统的产水pH值会降低，对于大多数反渗透系统产水的pH值将有1～2个pH值的下降。当进水pH和HCO3-高时，产水的pH值下降就更大。反之当进水含CO2、HCO3-或CO32-较少这样看到产水pH值的变化就少。列如前处理阶段已经使用了除碳器。

二、阻垢剂：全称反渗透阻垢剂，用于反渗透（RO）系统及纳滤（NF）和超滤（UF）系统的阻垢剂，可防止膜面结垢，能提高产水量和产水质量，降低运行费用。有专用的自动加药装置，由加药箱、计量泵等组成，可设置单位时间内加药量，连续添加。

阻垢剂的主要成分包括：

1. 酸类分散剂：如偏磷酸，能够降低水中的硬度和铁锈，防止在反渗透膜中形成垢层。

2. 螯合剂：如EDTA，能够与金属离子配位形成稳定化合物，从而防止金属离子在反渗透膜中形成垢层。

3. 离子交换树脂：能够去除水中的离子，减少在反渗透膜中的沉淀和结晶。

4. 有机酸：如柠檬酸、醋酸等，能够降低水中的pH值，减少氢氧化物和碱性物质沉淀在反渗透膜上。

5. 表面活性剂：如十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯硬脂酸酯等，能够使水中的杂质分散悬浮，保持在水中，减少在反渗透膜中产生垢层。

阻垢剂的主要作用：

1.络和增溶作用：反渗透阻垢剂溶于水后发生电离，生成带负电性的分子链，它与Ca2+形成可溶于水的络合物或螯合物，从而使无机盐溶解度增加，起到阻垢作用。

2.晶格畸变作用：由反渗透阻垢剂分子中的部分官能团在无机盐晶核或微晶上，占据了一定位置，阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长，减慢了晶体的增长速率，从而减少了盐垢的形成。

3.静电斥力作用：反渗透阻垢剂溶于水后吸附在无机盐的微晶上，使微粒间斥力增加,阻碍它们的聚结，使它们处于良好的分散状态，从而防止或减少垢物的形成。

由于水的成分不同，在不同的水质条件下，反渗透阻垢剂的成分可能有所不同，具体应按照实际情况进行选择。

加药装置

       三、树脂再生：树脂经一段软化或除盐运行后，失去了交换离子的能力；这时可用酸、碱或盐使其还原再生，恢复其交换能力，这种使树脂恢复能力的过程称为树脂的再生。抛光混床树脂不可再生。

软化水设备树脂（阳离子交换树脂的一种）再生流程如下：

1、反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走，这个过程一般需要5-15分钟左右。

2、吸盐(再生)：即将盐水注入树脂罐体的过程，传统设备是采用盐泵将盐水注入，全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入(只要进水有一定的 压力即可)。在实际工作过程中，盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好，所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生， 这个过程一般需要30分钟左右，实际时间受用盐量的影响。

3、慢冲洗（置换）：在用盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换，根据实际经验，这个过程中是再生的主要过程，所以很多人将这个过程称作置换，这个过程一般与吸盐的时间相同，即30分钟左右。

4、反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要5-15分钟左右。

阴阳床交换树脂再生流程：阳离子交换树脂和阴离字交换树脂分开进行。

阳离子交换树脂再生：

通盐酸：在环境温度下，将4%的树脂床体积4倍的HCL逆流通过树脂床，通过时间约半小时。

慢洗：以相同流速和流向，通2倍树脂体积的除盐水。

快洗：以运行流速和流向，通去离子水至PH=5-6.树脂床备用

阴离子交换树脂再生：

通氢氧化钠：将浓度为4%的树脂体积4倍量的NaOH逆流通过树脂床，通过时间约为半小时。

慢洗：以相同流速和;流向，通2倍树脂体积的除盐水。

快洗：以运行流速和流向，通去离子水至PH=8，树脂床备用

对于不同的树脂要根据使用情况酌情增加酸碱的浓度和再生的时间。

       四、紫外线（UV）杀菌器和TOC脱除器：UV杀菌器一般布置在电去离子(EDI)部分前，使用波长254nm的紫外线杀死纯水中的细菌和微生物，防止细菌污染，同时能破坏水中残留臭氧分子。TOC脱除器布置在抛光混床前，使用用波长185nm的紫外线催化，能辐射分解有机分子，激发水分子生成强氧化能力的羟基自由基，从而将水中的有机物氧化分解成为二氧化碳和水，而降低超纯水中TOC的含量。工业超纯水制备常用。

五、臭氧杀菌：臭氧是一种广谱杀菌剂,能有效杀灭细菌、病毒、真菌等。它的杀菌机理是通过氧化作用破坏微生物膜的结构从而使细菌溶解、死亡或破坏病毒的RNA 和DNA来实现的。臭氧发生器通常由臭氧发生器主机、臭氧管路、臭氧反应室和臭氧排放管组成。

臭氧(O3)的消毒原理是：臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分解成氧气(O2)和单个氧原子(O);后者具有很强的活性，对细菌有极强的氧化作用，将其杀死，多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧原子(O2)，不存在任何有毒残留物，故称无污染消毒剂，它不但对各种细菌(包括肝炎病毒，大肠杆菌，绿浓杆菌及杂菌等)有极强的杀灭能力，而且对杀死霉素也很有效。

　 六、巴氏杀菌：是指将液体加热到一定温度并持续一段时间，以杀死可能导致疾病、变质或不需要的发酵微生物的过程。主要用于超纯水（纯化水）设备中的活性炭等预处理单元的周期性消毒，RO/EDI单元的周期性消毒，以及储存与分配管网单元的周期性消毒;

巴氏杀菌消毒是全系统性的辅助工艺，在纯净水，医用纯化水方面广泛使用，是对整个设备系统的长期杀菌消毒维护。

七、氮封工艺：在水箱上充入氮气使箱内维持适当的正压力，阻止大气与箱内水面接触。空气中含有二氧化碳、细菌、尘埃等冲罐。超纯水在空气中如何被污染杂质，而超纯水为纯的溶剂，对这些杂质的溶解能力很强，故一旦超纯水与空气接触，就会使其电阻率迅速下降。

八、末端过滤：微米级精密过滤器，膜滤器，安装在系统末端采用0.1um/0.22um微孔折叠膜滤芯过滤，以去除超纯水中存在的细小微粒和细菌，拦截可能脱落的混床树脂，保证产水水质的稳定。